matematika + biologija = sistemska biologija? Prof. Dr. Kristina Gruden Prof. Dr. Aleš Belič Doc. DDr. Jure Ačimovič

Transcription

1 matematika + biologija = sistemska biologija? Prof. Dr. Kristina Gruden Prof. Dr. Aleš Belič Doc. DDr. Jure Ačimovič

2 Kaj je sistemska biologija? > Razumevanje delovanja organizmov

3 sistemska biologija = fiziologija? > celostno razumevanje iz osnov delovanja molekularnih mehanizmov Molekularna biologija Sistemska biologija

4 Sistemska biologija - potrebujemo: 1. Poznavanje vseh komponent celice: Človek: DNA: genov RNA: transkriptov Proteini: , encimi, Metaboliti: maščobe, sladkorji, holesterol

5 Sistemska biologija - potrebujemo: 2. Poznavanje vseh povezav med komponentami:

6 Sistemska biologija - potrebujemo: 2. Poznavanje dinamike povezav

7 Encimska reakcija:

8 Encimska reakcija:

9 Encimska reakcija:

10 Encimska reakcija:

11 Encimska reakcija:

12 Encimska reakcija:

13 Encimska reakcija: Objekti modela

14 Encimska reakcija: Parametri modela

15 Matematičen opis modela

16 Standarden biološki pristop Ali biolog zna popravit radio? Odločilna komponenta? Lazebnik Y. (2002). Can a biologist fix a radio? Or, what I learned while studying apoptosis, Cancer Cell, 2 (3)

17 Inženirski pristop Ali biolog zna popravit radio? Lazebnik Y. (2002). Can a biologist fix a radio? Or, what I learned while studying apoptosis, Cancer Cell, 2 (3)

18 Visoko zmogljive molekularne tehnike: Genska aktivnost Genomi Povezovanje med proteini Pretvorbe metabolitov

19 Visoko zmogljive molekularne tehnike: Osnovnim pogojem za sistemsko biologijo zadoščeno: 1. Poznavanje vseh komponent: merjenje količin 2. Poznavanje njihovih povezav 3. Poznavanje dinamike Razumevanje povezav bioloških sistemov? >Ogromne količine podatkov: Bigdata! Poskus 14 dni: 6 milijonov podatkov Mandadi & Scholthof, PlantCell 2013

20 Sistemska biologija Integracija: - Molekularne biologije omike - Fiziologije - Matematike - Računalništva - Inžinirstva

21 Kako naj se torej lotimo popravila radia?... počasi in s premislekom Najprej potrebujemo jasen koncept, kako stvar deluje...

22 Koncepti sistemske biologije... ali kako obdržati sistemski pregled pri visoki kompleksnosti Najprej moramo definirati cilj raziskave! Glede na cilj je potrebno definirati meje sistema Za tako definiran sistem lahko postavimo matematični model Matematični model čim bolj poenostavimo Na osnovi simulacije modela izvemo nekaj novega o delovanju sistema

23 Ravnovesje kot osnova modela X = masa energija moment entropija elementi naboji pritok veličine X iztok veličine X SISTEM območje ravnovesja

24 Različna ravnovesja dinamično ravnovesje ravnovesje v ustaljenem stanju

25 Model nikoli ne opisuje vsega!

26 Model metabolizma holesterola Vprašanje: Kakšen je vpliv blokade cyp51?

27 Model metabolizma holesterola... izvedba in poenostavitve

28 Pomen strukture modela Struktura modela (topologija omrežja reakcij) je velikokrat bolj pomembna od vrednosti parametrov!

29 Mycoplasma genitalium urogenitalni parazit, le 525 genov Prvi model celega organizma

30 Virtualni človek

31 Sistemska Biologija v Evropi

32 Sistemska Biologija v Evropi

33 Sistemska Biologija v Evropi UK 91 mili. NL 43 mili. D 435 mili.

34 Izobraževanje Sistemske biologije (SB) Nemčija Nemško zvezno ministrstvo za izobraževanje in raziskave (BMBF) 2006 BMBF razpis za "FORSYS - raziskovalne enote za sistemsko biologijo (45 mili. ) Razvoj SB: univerze, raziskovalne ustanove, podjetja Novi izobraževalni programi SB na dodiplomskem in podiplomskem nivoju

35 Velika Britanija Tri agencije: Izobraževanje Sistemske biologije (SB) Biotechnology and Biological Research Council (BBSRC), Medical Research Council (MRC), Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC)) Tečaj SysMIC University College London, Open University, Birkbeck College in University of Edinburgh Podprt s strani BBSRC

36 SysMIC Namenjen je raziskovalcem vseh ravni: od diplomantov, ki šele začenjajo s svojo kariero, do že uveljavljenih raziskovalcev, ki želijo izboljšati svoje znanje. Tečaj zajema potrebne osnove matematike in ne zahteva predznanja s področja računalniškega modeliranja. in je brezplačen za raziskovalce, ki jih financira BBSRC 5 letni projekt, v 2 letih že dosegli cilj 2000 udeležencev